本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種紅外二極管及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，為克服大規(guī)模集成電路中金屬互連信號延遲與功耗的問題，si光電子技術(shù)作為高速光互聯(lián)中的核心技術(shù)，已成為領(lǐng)域內(nèi)研究發(fā)展的熱點和重點。高質(zhì)量的si基片上光源器件，是實現(xiàn)si基單片光電集成的一個重要環(huán)節(jié)。其中，基于低強(qiáng)度張應(yīng)變結(jié)合n型重?fù)诫s改性技術(shù)的ge發(fā)光器件，即準(zhǔn)直接帶隙改性ge發(fā)光器件，其工藝結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有si工藝兼容。

利用si襯底與ge外延層之間的熱膨脹系數(shù)不同，常規(guī)工藝過程中采用合理的熱退火工藝制度，si襯底上ge外延層可以引入低強(qiáng)度張應(yīng)變。然而，由于si襯底與ge外延層之間晶格失配較大，si襯底上常規(guī)工藝制備的ge外延層位錯密度高，且si襯底與ge外延層之間的界面特性差，進(jìn)而影響器件的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種紅外二極管及其制備方法。

本發(fā)明的實施例提供了一種紅外二極管的制備方法，包括：

(a)選取soi襯底；

(b)在所述soi襯底第一指定區(qū)域制作晶化ge層；

(c)在所述soi襯底中制作n型si區(qū)域和p型si區(qū)域；

(d)對所述晶化ge層摻雜形成n型晶化ge層；

(e)在所述n型si層和所述p型si層上制作電極以完成所述二極管的制備。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)包括：

(b1)在所述soi襯底上生長外延層；

(b2)利用激光再晶化工藝，對所述外延層進(jìn)行再晶化處理，制成所述晶化ge層。

其中，激光再晶化工藝(laserre-crystallization,簡稱lrc)是一種熱致相變結(jié)晶的方法，通過激光熱處理，使襯底上ge層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge層的位錯缺陷，不僅可獲得高質(zhì)量的ge層，還可以克服常規(guī)兩步法工藝存在的問題。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b1)包括：

(b11)在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝，在所述soi襯底指定區(qū)域上生長ge籽晶層；

(b12)在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝，在所述ge籽晶層上生長ge主體層；

(b13)利用cvd工藝，在所述ge主體層上生成sio2氧化層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b2)包括：

(b21)將包括所述soi襯底、所述ge籽晶層、所述ge主體層的整個材料加熱；

(b22)利用激光再晶化工藝，處理所述整個材料；

(b23)利用干法刻蝕工藝，刻蝕指定區(qū)域，得到所述晶化ge層。

在本發(fā)明的一個實施例中,步驟(c)包括：

(c11)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第一sio2保護(hù)層；

(c12)利用刻蝕工藝，選擇性刻所述第一sio2保護(hù)層，形成第一待摻雜區(qū)域；

(c13)在所述第一待摻雜區(qū)域注入p離子，形成n型si區(qū)域；

(c14)對包括所述n型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(c15)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第一sio2保護(hù)層。

在本發(fā)明的一個實施例中,步驟(c)還包括：

(c21)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第二sio2保護(hù)層；

(c22)利用刻蝕工藝，選擇性刻所述第二sio2保護(hù)層，形成第二待摻雜區(qū)域；

(c23)在所述第二待摻雜區(qū)域注入b離子，形成p型si區(qū)域；

(c24)對包括所述p型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(c25)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第二sio2保護(hù)層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(d)包括：

(d1)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第三sio2保護(hù)層；

(d2)利用刻蝕工藝，選擇性刻蝕所述第三sio2保護(hù)層，形成第三待摻雜區(qū)域；

(d3)在所述第三待摻雜區(qū)域注入p離子，形成n型晶化ge層；

(d4)對包括所述p型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(d5)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第三sio2保護(hù)層。

在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟(e)之前還包括：

在包括所述n型si層、所述p型si層的整個材料表面生長sio2鈍化層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(e)包括：

(e1)利用刻蝕工藝,選擇性刻蝕所述sio2鈍化層,形成電極待生長區(qū)域；

(e2)利用電子束蒸發(fā)淀積工藝,在所述電極待生長區(qū)域生長cr-au合金作為所述二極管的電極。

在本發(fā)明的另一個實施例中，一種紅外二極管，包括：soi襯底、n型si區(qū)域、p型si區(qū)域、n型晶化ge層及cr-au合金電極；其中，所述二極管由上述實施例中的任一項所述的方法制備形成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明改性ge發(fā)光器件結(jié)構(gòu)擬采用p⁺-si/準(zhǔn)直接帶隙改性ge/n⁺-si的橫向結(jié)構(gòu)pin，準(zhǔn)直接帶隙改性ge區(qū)域不僅可以發(fā)光，也是波導(dǎo)區(qū)；

2)本發(fā)明利用lrc工藝，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，獲得低位錯密度的ge外延層；同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區(qū)域，si與ge之間材料界面特性好，從而提高了器件性能。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種紅外二極管的制備方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種lrc工藝方法示意圖；

圖3a-圖3m為本發(fā)明實施例的一種紅外二極管的制備方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種紅外二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

請參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種紅外二極管的制備方法流程圖，其中，所述制備方法包括：

(a)選取soi襯底；

(b)在所述soi襯底第一指定區(qū)域制作晶化ge層；

(c)在所述soi襯底中制作n型si區(qū)域和p型si區(qū)域；

(d)對所述晶化ge層摻雜形成n型晶化ge層；

(e)在所述n型si層和所述p型si層上制作電極以完成所述二極管的制備。

優(yōu)選地，步驟(b)包括：

(b1)在所述soi襯底上生長外延層；

(b2)利用激光再晶化工藝，對所述外延層進(jìn)行再晶化處理，制成所述晶化ge層。

其中，lrc工藝是一種熱致相變結(jié)晶的方法，通過激光熱處理，使襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，不僅可獲得高質(zhì)量的ge外延層，還可以克服常規(guī)兩步法工藝存在的問題。

其中，在步驟(b)中，所述ge籽晶層厚40～50nmnm；所述ge主體層的厚度為150～250nm；所述sio2氧化層的厚度為150nm。

進(jìn)一步地，步驟(b1)包括：

(b11)在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝，在所述soi襯底指定區(qū)域上生長ge籽晶層；

(b12)在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝，在所述ge籽晶層上生長ge主體層；

(b13)利用cvd工藝，在所述ge主體層上生成sio2氧化層。

其中，在步驟(b1)中，所述ge籽晶層厚40～50nmnm；所述ge主體層的厚度為150～250nm；所述sio2氧化層的厚度為150nm。

進(jìn)一步地，步驟(b2)包括：

(b21)將包括所述soi襯底、所述ge籽晶層、所述ge主體層的整個材料加熱；

(b22)利用激光再晶化工藝，處理所述整個材料；

(b23)利用干法刻蝕工藝，刻蝕指定區(qū)域，得到所述晶化ge層。

其中，在步驟(b2)中，所述激光再晶化工藝中,激光波長為808nm，激光光斑尺寸100μm×100μm，激光功率為1.5kw/cm²，曝光時間為40ms。

優(yōu)選地，步驟(c)包括：

(c11)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第一sio2保護(hù)層；

(c12)利用刻蝕工藝，選擇性刻所述第一sio2保護(hù)層，形成第一待摻雜區(qū)域；

(c13)在所述第一待摻雜區(qū)域注入p離子，形成n型si區(qū)域；

(c14)對包括所述n型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(c15)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第一sio2保護(hù)層。

其中，在步驟(c11)中，所述第一sio2保護(hù)層的厚度為200nm；在步驟(c13)中，n型si層的摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選地，步驟(c)還包括：

(c21)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第二sio2保護(hù)層；

(c22)利用刻蝕工藝，選擇性刻所述第二sio2保護(hù)層，形成第二待摻雜區(qū)域；

(c23)在所述第二待摻雜區(qū)域注入b離子，形成p型si區(qū)域；

(c24)對包括所述p型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(c25)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第二sio2保護(hù)層。

其中，在步驟(c1)中，第二sio2保護(hù)層的厚度為200nm；在步驟(c23)中，p型si層摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選地，步驟(d)包括：

(d1)在包括所述晶化ge層的整個材料表面生長第三sio2保護(hù)層；

(d2)利用刻蝕工藝，選擇性刻蝕所述第三sio2保護(hù)層，形成第三待摻雜區(qū)域；

(d3)在所述第三待摻雜區(qū)域注入p離子，形成n型晶化ge層；

(d4)對包括所述p型si層的整個材料進(jìn)行退火處理；

(d5)利用刻蝕工藝，刻蝕掉所述第三sio2保護(hù)層。

其中，在步驟(d)中，第三sio2保護(hù)層厚度為200nm；n型晶化ge層的摻雜濃度為1.4×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選地，在步驟(e)之前還包括：

在包括所述n型si層、所述p型si層的整個材料表面生長sio2鈍化層。

其中，sio2鈍化層的厚度為150～200nm。

優(yōu)選地，步驟(e)包括：

(e1)利用刻蝕工藝,選擇性刻蝕所述sio2鈍化層,形成電極待生長區(qū)域；

(e2)利用電子束蒸發(fā)淀積工藝,在所述電極待生長區(qū)域生長cr-au合金作為所述二極管的電極。

其中，在步驟(e)中，cr-au合金的厚度為150～200nm。

本實施例改性ge發(fā)光器件結(jié)構(gòu)擬采用p⁺-si/準(zhǔn)直接帶隙改性ge/n⁺-si的橫向結(jié)構(gòu)pin，準(zhǔn)直接帶隙改性ge區(qū)域不僅可以發(fā)光，也是波導(dǎo)區(qū)；利lrc工藝，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，獲得低位錯密度的ge外延層；同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區(qū)域，si與ge之間材料界面特性好，從而提高了器件性能。

實施例2：

請參照圖3，圖3a-圖3m為本發(fā)明實施例的一種紅外二極管的制備方法示意圖，該制備方法包括如下步驟：

s101、選取襯底。選取soi襯底001，如圖3a所示；

s102、生長ge籽晶層002。在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝在所述soi襯底001指定區(qū)域上生長40～50nm的ge籽晶層002，如圖3b所示；

s103、生長ge主體層003。在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝在在所述ge籽晶層002上生長150～250nm的ge主體層003，如圖3c所示；

s104、生長sio2氧化層004。利用cvd工藝在所述ge主體層003上生成sio2氧化層004，如圖3d所示；

s105、利用激光再晶化工藝得到晶化ge層005。將包括所述soi襯底001、所述ge籽晶層002、所述ge主體層003及所述sio2氧化層004的整個襯底材料加熱至700℃，連續(xù)利用激光再晶化工藝處理所述整個襯底材料，然后再利用干法刻蝕工藝刻蝕所述的sio2氧化層004得到晶化ge層005，如圖3e所示，其中，激光波長為808nm，激光光斑尺寸為100μm×100μm，激光功率為1.5kw/cm²，曝光時間為40ms；

s106、生長第一sio2保護(hù)層006。在所述外延層及所述soi襯底未生長所述外延層的區(qū)域上生長200nm的第一sio2保護(hù)層006，然后利用刻蝕工藝，選擇性刻蝕所述第一sio2保護(hù)層006，形成第一待摻雜區(qū)域，如圖3f所示；

s107、制作n型si區(qū)域007。在所述第一摻雜區(qū)域注入p離子，形成摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3的n型si區(qū)域；將包括所述soi襯底、所述外延層的整個材料退火，然后刻蝕掉所述第一sio2保護(hù)層006。，如圖3g所示；

s108、生長第二sio2保護(hù)層008。在所述外延層及所述soi襯底未生長所述外延層的區(qū)域上生長200nm的第二sio2保護(hù)層008，然后利用刻蝕工藝，選擇性刻蝕所述第二sio2保護(hù)層006，形成第二待摻雜區(qū)域，如圖3h所示；

s109、制作p型si區(qū)域009。在所述第二待摻雜區(qū)域注入b離子，形成摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3的p型si區(qū)域；將包括所述soi襯底、所述外延層的整個材料退火，然后刻蝕掉所述第二sio2保護(hù)層008。，如圖3i所示；

s110、生長第三sio2保護(hù)層010。在所述外延層及所述soi襯底未生長所述外延層的區(qū)域上生長200nm的第三sio2保護(hù)層010，然后利用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉所述第三sio2保護(hù)層010的指定區(qū)域，形成第三待摻雜區(qū)域，如圖3j所示；

s111、制作n型晶化ge層011。在所述n型晶化ge層摻雜區(qū)域注入p離子，形成摻雜濃度為1.4×10¹⁹cm^-3的n型晶化ge層011；將包括所述soi襯底、所述外延層的整個材料退火，然后刻蝕掉所述第三sio2保護(hù)層010，如圖3k所示；

s112、生長sio2鈍化層012。在所述n型si層、所述p型si層及所述n型晶化ge層上生長150～200nm的sio2鈍化層012，利用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的所述sio2鈍化層形成金屬接觸孔,如圖3l所示；

s113、在所述n型si層及所述的p型si層上制作cr-au合金電極。利用電子束蒸發(fā)淀積工藝在所述金屬接觸孔區(qū)域生長150～200nm的cr-au合金電極,如圖3m所示。

實施例三

請參照圖4，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種紅外二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。該二極管采用上述如圖3a-圖3m所示的制備方法制成。具體地，所述二極管包括：soi襯底301、n型si層302、p型si層303、n型晶化ge層304、sio2鈍化層305、cr-au合金電極306。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。